KR100563778B1 - 촉매 변환기 및 변환기의 장착방법 - Google Patents

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Abstract

연소 엔진으로부터의 배기가스를 처리하기 위한 촉매 변환기는, 납땜 또는 용접 없이 나선형으로 감겨진 층들 사이에 상호 맞물림 리지(15)에 의해 함께 지지되는 금속 모놀리스(13)를 포함하고, 동일한 형태의 상호 맞물림 리지(16)에 의해 상기 모놀리스에 고정되는 맨틀(14)을 포함하며, 상기 맨틀은 상기 배기 매니폴드(12)와 상기 엔진 블록(10)의 배기 포트(11) 사이에 클램핑되는 일체형 클램핑 플랜지(17)를 갖는다.

Description

촉매 변환기 및 변환기의 장착방법{CATALYTIC CONVERTER AND METHOD FOR MOUNTING OF CONVERTER}
본 발명은 열 변동 및 진동에 덜 손상되고 급격한 착화(light-off)가 보장되는 새로운 타입의 매니폴드 변환기 및 이것을 엔진 근처에 장착하는 방법이다.
내연기관용 촉매 변환기가 엔진 시동 후 급속히 활성화되는 요건을 만족하도록 보장하는 하나의 방법은 개시부터의 배기가스가 변환기의 착화(light-off)를 행하기에 충분히 높은 온도를 갖는, 엔진 매니폴드에 근접한 제 1변환기와, 온도와 진동이 덜 요구되는 배출 파이프를 따라 더욱 아래에 있는 제 2변환기를 제공하는 것이 통상적으로 받아들여진다. 이러한 분할된 변환기 시스템은 특허 US 5,444,978, EP 629 771, EP 761 939, 및 DE 44 42456에 개시되어 있다. 높은 피크 온도 뿐아니라 압력과 온도의 극심한 진동은 제 1매니폴드 변환기의 충분한 수명을 얻는 것을 어렵게 하고, 많은 제안된 디자인은 용이한 대체를 위한 수단, 또는 DE 44 42456에서 도시된 바와 같이 제 2변환기인 주변환기가 작동하자마자 제 1변환기를 우회(bypassing)하기 위한 수단을 포함한다.
변환기 및 그것의 장착에 대한 것이 도면을 참조로 하여 기재되어 있고, 여기서 도 1은 엔진 시스템의 구성을 나타내고, 도 2는 매니폴드 변환기와 함께 엔진과 매니폴드의 일부를 나타내는 단면도이다.
촉매 변환기는 통상적으로 내부표면이 활성 촉매층으로 코팅된 다수의 평행 채널을 구비한 모놀리스(monolith) 본체를 포함한다. 모놀리스는 통상 돌출된(extruded) 세라믹체(ceramic body)이거나 납땜 및 용접에 의해 결합된 부드럽고 주름진 다수의 금속 호일이다. 그러나, 세라믹체는 깨지기 쉽기 때문에 탄성 충전물(resilient padding)과 함께 정교하게 장착되어야 한다. 납땜 또는 용접된 금속 모놀리스는 큰 열응력을 발생시키고, 이들의 상승된 온도에서는 용접 또는 납땜이 파손되는 큰 위험이 있다.
본 발명은, 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 측면도,
도 2는 도 1에 도시된 장치의 단면도이다.
본 발명에 따르면 금속 모놀리스(13)를 구비한 촉매 변환기는 엔진 블록(10)내의 엔진 배기 포트(11)와 매니폴드(12) 사이에 실린더당 하나씩 장착된다. 매니폴드당 하나의 변환기를 갖는 디자인에 비하여, 이것은 평균 온도가 낮아지게 하고 금속의 크리프 파손(creep failure) 위험을 적게 하는 반면, 더 넓은 온도 범위를 갖는다. 따라서 모놀리스(13)와 그 맨틀(mantle)(14)은 가능한 다른 것보다 더 얇은 금속으로 만들어질 수 있다.
반경방향 및 접선 방향으로의 열 응력을 감소시키기 위하여, 모놀리스(13)는 납땜 또는 용접없이 만들어지고, 그 층들은 특허 SE 461 018에 개시된 바와 같이, 주름진 금속 호일의 주름내의 노치와 서로 맞물리는 부드러운 금속 호일의 접선방향의 내향 리지(inward ridges)(15)에 의해서 기계적으로 함께 지지된다. 따라서 열팽창의 변화는 반경방향의 움직임 또는 외측 부분(part)에 대한 내측 부분의 약간의 회전으로 받아들여진다. 이러한 디자인의 리지(15)는 변환기의 전체 길이에 걸쳐서 동등하게 활성상태로 만들고, 길이방향의 열응력을 감소시키고, 비교적 짧은 변환기를 허용하기 위하여, 축방향으로의 난류(turbulence)를 동등화하는 부가적인 장점을 가지고 있다.
변환기는 배기가스속도의 변화가 가장 큰 엔진의 배기 포트(11)에 위치되며, 그리하여 충분한 난류를 보장하고, 과열 스폿을 피하기 위하여 촉매 반응의 발화점(ignition point)을 다소 변동시킨다.
납땜 또는 용접에 비하여 기계적 상호 맞물림(interlocking)이 갖는 하나의 중요한 장점은 모놀리스 층 주위의 맨틀(14)이 다른 디자인을 사용하는 것보다 더 얇게 만들어질 수 있고, 동일한 형태의 접선방향의 내향 리지(16)를 통하여 층들과 상호 맞물린다는 것이다. 종래의 디자인에 있어서는, 맨틀은 상당히 무겁고 모놀리스는 상당히 길어서 양 단부를 매달아야 했지만, 본 발명에 따르면, 모놀리스(13)의 뒤 또는 앞에 위치한 플랜지(17)를 얇은 맨틀에 제공하기에 충분하다. 맨틀의 두께는 바람직하게는 0.1 내지 0.5 mm 의 범위이고, 모놀리스의 길이는 25 내지 50 mm 의 범위이다. 맨틀과 플랜지는 바람직하게는 하나의 일체로된 재료의 조각으로부터 딥 드로잉(deep drawing) 또는 스웨이징(swaging)에 의해 만들어진다.
플랜지는 엔진 블록(10)과 매니폴드(12) 사이에서 클램핑된다. 플랜지(17)에는 어떠한 볼트 구멍도 필요하지 않다. 맨틀은 매니폴드의 내부와 접촉하지 않고, 임의의 절연 매트 없이 개방되도록 수 밀리미터의 거리만큼 떨어진다. 변환기를 매니폴드내의 중심에 위치시키기 위하여, 얕은 오목부(18)가 매니폴드나 엔진 블록 내에 만들어질 수 있고, 또는 플랜지와 모놀리스 사이의 맨틀 목(20)이 국부적으로 떨어진 영역(raised areas)으로 만들어질 수 있다. 맨틀이 모놀리스를 지나도록 연장하도록 하여, 보통 임의의 부하를 지탱하는 것이 아니라 장착작업 도중 맨틀(14)을 스크래칭하는 것을 피하기 위하여 변환기를 안내하는 매우 좁은 플랜지(19)로서 역할하도록 하는 것도 또한 장점이다.
도면과 상세한 설명에 있어서, 변환기는 매니폴드(12)내로 연장하는 것으로 기재되었고, 이것은 최상의 기계적 안정성을 갖는 바람직한 실시예이지만, 특정의 형태 또는 특히 심하게 구부러진 매니폴드의 엔진 블록에 있어서는 엔진 블록의 배기 포트(11)내로 연장하는 모놀리스로 바꾸는 것이 가능하다.
본 발명에 따라 제작되고 장착된 촉매 변환기는, 재디자인되거나 복제된 매니폴드를 필요로 하는 종래의 형태에 비하여 특별한 노력이 거의 없이 현존하는 엔진에 끼워맞춰질 수 있다.

Claims (7)

  1. 연소 엔진으로부터의 배기가스를 처리하기 위한 촉매 변환기에 있어서,
    금속 맨틀(14) 및, 하나 이상의 금속 호일로 나선형으로 감겨지며 납땜 없이 접선방향의 상호 맞물림 리지(15, 16)에 의해서 서로 지지되고 상기 맨틀에 고정되는 금속 모놀리스(13)를 포함하며,
    상기 맨틀은, 엔진 배기 시스템의 부분들(parts) 사이에 클램핑하기 위한 하나의 클램핑 플랜지(17)를 갖는 것을 특징으로 하는 촉매 변환기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 플랜지(17) 및 상기 맨틀(14)은 단일 재료 조각으로부터 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 촉매 변환기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 플랜지(17)는 상기 맨틀(14)의 일단부에 위치되는 것을 특징으로 하는 촉매 변환기.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 모놀리스(13)는 모두 상기 플랜지(17)의 일측상에 위치되는 것을 특징으로 하는 촉매 변환기.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 클램핑 플랜지(17)와 반대쪽의 단부에 작은 안내 플랜지(19)를 갖는 것을 특징으로 하는 촉매 변환기.
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